水利工程設(shè)計(jì)中三維動畫技術(shù)的應(yīng)用

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水利工程建設(shè)周期長，投資規(guī)模大，工程設(shè)計(jì)復(fù)雜，在水利工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)用三維動畫技術(shù)能夠精確地構(gòu)建水利工程三維模型，真實(shí)地展現(xiàn)水利工程形態(tài)，直觀顯示水利工程建筑物及其內(nèi)部形態(tài)，甚至可以展示水利工程工作原理與施工過程。同時(shí)，三維動畫技術(shù)能夠?qū)λこ滩煌糠纸Y(jié)構(gòu)與場景進(jìn)行精準(zhǔn)建模，從不同角度進(jìn)行觀察分析，以便發(fā)現(xiàn)水利工程設(shè)計(jì)中存在的問題與缺陷。《水利工程制圖》結(jié)合工程實(shí)際和制圖課程的教學(xué)特征，主要介紹制圖的基本知識，投影的基本知識，點(diǎn)、直線、平面的投影，立體的投影，軸測圖，立體表面的交線，組合體，圖樣畫法，標(biāo)高投影，建筑物中常見曲面，水利工程圖和房屋建筑圖等內(nèi)容。

該書對三維動畫在水利工程中的應(yīng)用有著重要的參考價(jià)值?！端こ讨茍D》一書提出，三維動畫技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)展示技術(shù)，能夠?qū)⑽矬w的形體、規(guī)格、質(zhì)感、運(yùn)動與形態(tài)變化展現(xiàn)出來。在水利工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用三維動畫技術(shù)，能夠在水利工程設(shè)計(jì)前期選擇合理的工程方案，明確重點(diǎn)施工對象，并且對竣工后的水利工程效果進(jìn)行虛擬展示，為優(yōu)化水利工程設(shè)計(jì)提供參考。三維動畫技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能夠起到以下幾個方面的作用:一是展現(xiàn)水利工程建筑的形態(tài)結(jié)構(gòu)。三維動畫在展示水利工程本身的基礎(chǔ)上還能夠詳細(xì)說明其功能，通過不同角度對水利工程的細(xì)節(jié)進(jìn)行深入觀察，顯現(xiàn)水利工程的結(jié)構(gòu)、外形、材質(zhì)等。還可以利用三維動畫的動態(tài)展示功能來展示水利工程運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。二是展現(xiàn)水利工程的工作原理與施工過程，詳細(xì)展示水利工程技術(shù)要點(diǎn)。

正如《水利工程制圖》一書中提到的，利用三維動畫展示水利工程及其工作原理是十分理想的表現(xiàn)形式。以往二維平面設(shè)計(jì)展示具有一定的局限性，難以準(zhǔn)確表達(dá)三維空間中的真實(shí)情況，而利用三維動畫則能夠直接構(gòu)建水利工程建筑的三維模型，展現(xiàn)水利工程在三維空間中的真實(shí)狀態(tài)。通過動畫動態(tài)變化還能夠調(diào)整三維模型在空間中的位置與狀態(tài)，使得展示過程更加直觀。另外，利用三維動畫技術(shù)還可以借助剖面、消除等方式來展現(xiàn)工程的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。Civil3D軟件是當(dāng)前水利工程三維動畫應(yīng)用的常用軟件，也是一項(xiàng)主流的工程設(shè)計(jì)軟件，能夠按照不同專業(yè)的需求進(jìn)行三維動畫設(shè)計(jì)。三維動態(tài)工程模型能夠快速進(jìn)行道路、場地與排水系統(tǒng)的模擬，Civil3D技術(shù)中的縱斷面、曲面、標(biāo)注與橫斷面能夠利用動態(tài)的方式連接，且可以在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)多種方案供選擇，為工程決策提供可靠的依據(jù)。第一，Civil3D技術(shù)能夠處理縱橫斷面數(shù)據(jù)。經(jīng)過導(dǎo)入縱橫斷面數(shù)據(jù)能夠建立曲面，在進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)中通過提交EXCEL表格數(shù)據(jù)就可以經(jīng)過轉(zhuǎn)換軟件得出需求的數(shù)據(jù)格式與類型。水利工程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)量非常龐大，利用Civil3D技術(shù)對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換速度很快。第二，生成原始地形曲面。在處理水利工程縱斷面與橫斷面的數(shù)據(jù)后，就可以創(chuàng)建原始地形曲面形式，創(chuàng)建水利工程路線。Civil3D軟件中路線的生長不僅可以通過手工繪制，還可以針對不同對象進(jìn)行自定義創(chuàng)建，利用原始地形數(shù)據(jù)可以添加等高線，生成原始地形曲面。將生成曲面作為參考數(shù)據(jù)，構(gòu)建與源數(shù)據(jù)有動態(tài)關(guān)系的智能對象。在完成三角網(wǎng)地形曲面后，可以利用Civil3D軟件中的“對象查看器”功能來查看三維地形曲面，并且在查看過程中分析匯流狀況等。第三，裝配大壩斷面。

利用Civil3D軟件中的道路工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用“坡度與寬度”與“鏈接坡度與垂直偏轉(zhuǎn)角”等功能，將配件加載至裝配系統(tǒng)中，以形成大壩的標(biāo)準(zhǔn)斷面形式。通過調(diào)整不同部位的參數(shù)來優(yōu)化大壩頂部寬度、上下游壩坡、馬道位置等數(shù)據(jù)。Civil3D軟件為水利工程設(shè)計(jì)提供了多元化的常用配件，在水利工程設(shè)計(jì)中相同壩體的斷面形式大多一致，僅參數(shù)存在些許差異，為了提升水利工程設(shè)計(jì)效率，可以將設(shè)計(jì)好的裝配形式進(jìn)行另存，在需要再次使用裝配時(shí)只需要打開設(shè)計(jì)中心，選擇另存的圖形，Civil3D軟件就會自動加載相關(guān)配件，設(shè)計(jì)人員只需要針對部件參數(shù)進(jìn)行微調(diào)就可以形成新的斷面，大大提升了創(chuàng)建裝配的效率。

整體來看，三維動畫技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用，能夠?qū)λこ痰牡乩砦恢谩⒔ㄖ镄螒B(tài)等進(jìn)行全方位的立體展示，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方式下水利水電工程中設(shè)計(jì)方案的展現(xiàn)缺陷，使得水利工程在設(shè)計(jì)時(shí)以三維動畫形式進(jìn)行展現(xiàn)。鑒于三維動畫在水利工程中應(yīng)用的廣泛性，在未來發(fā)展中，三維動畫技術(shù)可以通過完善水利工程模型庫，強(qiáng)化其在水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用。

作者：楊芳 單位：河南省氣象服務(wù)中心工程師